MEMS静电悬浮陀螺仪悬浮支承控制器设计

以MEMS静电悬浮陀螺仪敏感结构为研究对象,针对陀螺仪转子运动模型非线性和参数不确定的特点,采用自适应模糊PID控制策略设计了陀螺仪转子五自由度悬浮支承控制器.将MAT-LAB中Fuzzy模块和Simulink模块结合,对支承控制器进行仿真,结果表明,控制器的开、闭环频域特性以及刚度特性等均满足稳定性要求,且表现出良好的稳态和动态性能.     

非接触式静电放电波形分析及试验

静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)作为一种常见的近场危害源,在其放电过程中可形成高电压和瞬时大电流,使得器件的安全性能大大下降,并影响半导体器件的电学特性.本文对火工品静电感度试验装置非接触放电时的等效电路模型进行分析,并根据等效电路进行仿真,研制试验装置,针对电容与电阻的不同组合进行放...     

层级孔喷涂粉末构筑及新一代长寿命热障涂层材料的研究进展

广泛应用于航空发动机和地面燃气轮机中的热障涂层具有低热导率和良好的耐温性能，能够降低涡轮叶片表面温度，使高温结构件能在高于其熔点的环境中长时间高效率的服役。热障涂层的性能和寿命受到陶瓷层材料与其结构的直接影响，采用可控原料粉末对陶瓷涂层进行微观结构调节的方法可以减少涂层中的应变-应力失配，具有操作灵活、效果显著、调控范围广等优势。针对传统热障涂层应变容限低，抗热震性能不足等问题，本团队开发了静电喷雾技术结合相分离原理（ESP）制备新型热喷涂微球粉末的造粒理论和实现方法，实现了对粉末形貌结构的精确构筑，可用于制备核壳、均质和层级孔等全体系喷涂微球粉末。与传统的喷涂粉末相比，其中层级孔微球粉末（由特殊的纳米-微米层级跨尺度孔构成）呈现耐烧结、低热导率、高比强度及95%以上的高温波段反射率特点。使用层级孔微球粉末喷涂的热障涂层由于层级孔特征结构的保留，展现出优异的力学性能和隔热性能，热循环寿命提升2倍以上，热导率下降50%以上，且在服役过程中体现出良好的抗烧结性能。ESP造粒技术为新型热障涂层材料从材料设计到工程应用提供了一种快速的涂层性能调控方法，现已成功应用于稀土锆酸盐、稀土钽酸盐和稀土...     

航天服材料的静电吸附效应地面试验研究

航天员在轨出舱作业时，其穿戴的航天服面临空间尘粒污染的静电吸附增强效应问题，空间尘粒污染会对航天员的健康及仪器设备的安全稳定运行造成威胁。文章分析了空间站–航天服静电起电模型，研究了污染物粒子带电机理及带电尘粒在电场作用下的静电吸附过程；在此基础上搭建空间站–航天服电场的静电吸附效应地面模拟装置，并开展了4种航天服表面典型材料对空间中尘埃粒子的静电吸附效应试验验证。通过对试验结果的分析，提出后续应在航天员出舱活动中设计静电消除装置、处理航天服主体材料表面保持航天服洁净等建议。     

空间引力波探测惯性传感器关键技术与进展

空间引力波探测任务中的核心科学载荷之一是惯性传感器，旨在探测极其微弱的空间引力波的波纹变化。首先介绍了空间惯性传感器的探测机理和工作原理；然后从电容位移传感、静电反馈控制、地面评价3个方面介绍了惯性传感器设计的关键技术；并且对国内外惯性传感器的发展研究现状进行了梳理，可以看到惯性传感器关键指标为残余加速度噪声，国外在该指标上达到3×10^-15m/s²/Hz^1/2,国内与国外存在着3个量级的差距，因此开展高精度空间惯性传感器研究与设计具有重大战略意义和科学意义，是中国有望赶超世界科技前沿或领跑世界科技研究的重要方向之一。面向中国未来空间引力波探测任务中的惯性传感器需求，可以聚焦于惯性传感器控制体制策略、交流执行机参数优化、多自由度解耦控制技术、低噪声技术这四个方面的研究。     

基于DSP和FPGA的静电悬浮加速度计控制器设计

针对静电悬浮加速度计高稳定悬浮控制和极微小加速度信号处理需求，设计了一种基于数字信号处理（digital signal processor,DSP)和现场可编程门阵列（field programmable gate array,FPGA)的加速度计控制器。该控制器采用DSP作为主控芯片，FPGA为辅助控制芯片。基于加速度计的工作特性，设计了一种加速度计工作模式切换控制策略，可根据加速度计当前工作状态，自动或者手动切换工作模式。基于加速度计的工作原理和测量需求，设计开发了基于FPGA的比例、积分、微分(proportional integral derivative,PID)控制算法和有限冲击响应(finite impulse response,FIR)滤波算法。为验证该控制器的控制性能，开展了地面高压悬浮实验。结果表明，该控制器及控制算法可以快速准确地实现加速度计稳定悬浮控制和模式切换，并且可以实现软件在轨重构和控制参数在轨更新，为后续重力场探测、空间引力波探测以及自主导航等提供了工程参考依据。     

静电负刚度谐振式加速度计的非线性振动特性研究

为了进一步探究微机电系统(MEMS)传感器领域中静电力对非线性振动的影响,以静电负刚度谐振式加速度计(ENSRA)为研究对象进行动力学建模和实验分析.基于哈密顿原理建立了ENSRA机电耦合的非线性振动动力学模型,分析了其高阶非线性刚度的来源,并结合实验现象探究了MEMS传感器中静电力对器件非线性振动的影响,得到了驱动力与静电力对高阶非线性刚度的一般关系.经过开环扫频实验表明,当驱动力从100mV降低到60mV时,非线性振动优化了49％,当调谐电压从10V降低到6V时,非线性振动优化了44％,输出非线性降低了将近4个数量级,器件整体性能大幅提升,有效改善了二阶非线性刚度项导致的谐振器刚度软化和谐振峰的左偏现象.     

用于空间探测的静电分析器轻量化设计与验证

针对空间探测载荷的轻量化需求，以空间等离子体探测的静电分析器为研究对象，进行了轻量化设计和验证。在材料及加工方式选择方面，充分利用增材制造这一新兴加工手段，打破传统轻量化设计时追求低密度材料的思路，对比多种材料及加工方式下设备重量及力学表现，确定铝合金为主要材料，3D打印为主要加工方式。在结构设计方面，基于3D打印加工的优势，在减小设备各部分结构厚度的同时，适当设置加强筋以解决薄壁在后处理时易产生形变的问题。采取上述方案设计的设备质量减少至1.2 kg，比使用镁合金及传统加工方式的设备质量（2.2 kg）下降45%。以典型航天任务的鉴定级力学试验条件作为输入，开展了设计模型的有限元仿真，完成实物加工装配以及力学试验，验证了该设计的抗力学性能。     

一种航天接口芯片静电防护电路的软击穿现象

接口阻抗测试是航天产品中对产品状态是否正常来进行判断的常用方法。在航天产品应用中，通常认为接口芯片阻抗测试异常即代表该接口芯片已经失效。本文针对一种LVDS接口发送芯片由静电导致阻抗测试异常，但功能正常的现象进行分析。在元器件失效分析的基础上，定位静电损伤的位置为芯片内部静电防护电路，从而建立了对应的电路模型，对芯片静电损伤的现象进行理论分析。分析说明：该芯片在被静电打击时，其静电防护电路中一个NMOS管受损，但该电路保护了芯片的功能电路，被击穿的NMOS管等效为一个电阻，因此导致阻抗测试异常，但芯片功能电路未受损的现象，为静电软击穿现象。且可认为该芯片在受静电影响后并未失效，相关电路仍具有正常工作的能力。即阻抗异常现象并不是芯片失效的充分条件。     

航空发动机气路故障静电监测技术研究

航空发动机气路中任一部件的故障都会严重影响发动机的性能，甚至造成严重后果。本文研究了基于静电监测机理的发动机气路碎屑监测技术，设计了一套航空发动机气路故障静电监测系统，并在发动机模拟试验台上进行了两种典型故障模拟试验。研究表明，该系统通过监测发动机排气颗粒的静电电荷水平和变化规律，可判断发动机气路部件的故障情况，为发动机故障诊断和健康管理提供关键技术手段。